超低温といくつかのスチールボールベアリングを使用して、科学者は完全に
結晶質の氷とは対照的に、地球上で自然に形成されるものですが、新しいものは組織化された分子構造を持っていません。サンプルの分子はアモルファス物質のように混沌としています。それらの原子構造は短距離秩序を持っていますが、長距離秩序を持っていません。これは結晶構造では一般的です。安定な非晶質物質には、ガラス (人工および火山)、天然および合成樹脂、接着剤、パラフィン、ワックスが含まれます。
科学者たちは以前にも非晶質の氷を作成したことがありますが、しかし、それは液体の水よりも密度が低いか、はるかに高いかのどちらかでした。新しいバージョンのアモルファスは「中間のどこか」にあり、液体の水の密度とほぼ正確に一致します。 「これはまったく新しいことです」と科学者たちは書いています。
新しいタイプの氷を作成するために、科学者たちは次のようなものを使用しました。ボールミル彼らはただ実験していて、「結果がどうなるか見てみたい」と思っていました。研究者らは、ステンレス鋼の球が入ったチャンバーに材料を入れました。そこでは、材料が粉砕されるまで、ヒンジが氷を揺さぶったり回転させたりしました。
科学者たちは、ボールミルは単に氷の結晶をより小さなものに砕きます。しかし、起こったことはそうではありません。その代わりに、ヒンジは中密度の非晶質氷を生成するまで氷の結晶を切断し、圧縮しました。
コンピュータモデリングによって次のことが示されました当初、氷は通常の結晶状態にあり、その水素結合は六方格子を形成していました。ボールミルの動作によるランダムなシフトが、それらを異なる方向に押し出しました。
ある温度で新しい形の氷が得られた77 ケルビン、つまり -196 °C。密度 1.06 g/cm3 に加えて、いくつかの奇妙な特性があります。研究者らが中密度の氷を圧縮し、マイナス-120℃に加熱すると、氷は「再結晶化」し、大量の熱を放出した。
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表紙: 中密度の非晶質氷を製造するための実験装置の一部。
画像提供：Alexander Rose-Finsen、Christoph Salzmann